人們對自然界中物質相和物態(tài)調控的研究是不斷深入的。近年來，拓撲絕緣體的研究打破了人們對于傳統(tǒng)體-邊對應原理的認知，發(fā)現(xiàn)了一種不同于傳統(tǒng)拓撲相的新型拓撲絕緣體-高階拓撲絕緣體(HOTI)。此外，連續(xù)譜中的束縛態(tài)（BIC）也一直是研究者們關注的前沿課題。那么，很自然的問題是，高階拓撲態(tài)和連續(xù)譜中的束縛態(tài)是否有關系？非線性與該類拓撲結構的相互作用又具有怎樣的動力學過程？這些問題的探索對基礎物理概念的理解和開發(fā)新穎光子學器件都有重要意義。

南開大學物理學院/泰達應用物理研究院陳志剛、許京軍教授領導的課題組與克羅地亞薩格勒布大學、加拿大國立科學研究院的課題組合作研究，首次從實驗和理論上研究了一種具有特殊對稱性的拓撲晶格，展示了HOTI與BIC的有機結合以及非線性對屬于非帶隙束縛態(tài)的高階拓撲態(tài)的有效調控。發(fā)現(xiàn)了弱非線性條件下高階拓撲角態(tài)與拓撲邊界態(tài)之間的相互轉化以及強非線性作用下拓撲角態(tài)到空間孤子的演化。該工作不僅啟發(fā)了人們對高階拓撲物理中非線性效應的認識，也為利用高階拓撲態(tài)實現(xiàn)新型拓撲光腔帶來前景。

非線性調控連續(xù)譜中的高階拓撲態(tài)。a-b分別為強非線性和弱非線性調控下的示意圖；c-e分別為線性拓撲角態(tài)模式、弱自聚焦和強自聚焦非線性條件下的實驗結果

研究成果近期以"Nonlinear control of photonic higher-order topological bound states in the continuum"為題在線發(fā)表在國際頂尖期刊Light: Science & Applications上。

南開大學為第一完成單位，南開大學博士生胡志嬋、南開大學/加拿大國立科學研究院的博士后D.Bongiovanni為共同第一作者。南開大學講席教授陳志剛、南開大學特聘教授/克羅地亞薩格勒布大學教授H.Buljan為共同通訊作者。合作者還包括南開大學教授宋道紅和加拿大國立科學研究院教授R.Morandotti等。相關工作得到了國家科技部重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金委項目的資助。

據悉，該課題組近兩年在非線性拓撲光子學前沿領域的研究取得了一系列重要進展，相關工作相繼發(fā)表在《Science》《Light:Science & Applications》《Physical Review Letters》等頂尖學術期刊上。

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